Фрэнк Райан - Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
Я пишу эти строки в надежде на скорое явление новой блестящей медицинской перспективы — подхода, основанного на понимании устройства человеческого генома и его происхождения с эволюционной точки зрения, на понимании роли вирусных частей этого генома, занимающих огромную его часть.
Я верю в явление такого подхода. Чтобы обозначить возможности его появления, я старался особо сконцентрироваться на болезнях, поражающих большинство из нас. Мы уже видели, как различные механизмы, помещаемые под общее определение «геномной креативности», дают широкое и отчетливое понимание механизмов геномной изменчивости. Благодаря этому пониманию врачи теперь могут изучать эти механизмы во взаимодействии и по отдельности и использовать полученное знание для исправления вызывающих болезни дефектов на самом глубинном уровне. К этому исследователи шли по меньшей мере два десятилетия, и лишь в последнее время прогресс ускорился благодаря распространению новых техник молекулярного анализа.
Конец путешествия все-таки означает возможность отойти в сторонку, присесть и поразмыслить спокойно над своими впечатлениями. Изредка в науке случается так, что единственная идея кардинально изменяет целую отрасль. Примеры: теория гравитации Ньютона, затем теория относительности Эйнштейна, ДНК-революция, произведенная открытием Уотсона и Крика, концепция естественного отбора, выдвинутая Дарвином столетием ранее. Последней пришлось эволюционировать в синтетическое учение, объединившее естественный отбор с генетикой Менделя и мутациями как источником передающихся по наследству изменений. Я считаю, что и этот синтез теперь нуждается в модификации.
В наше время биологи-эволюционисты признали важность дополнительных механизмов генетических изменений, различные факторы, объединенные мною под общим названием «геномной креативности» и способные производить мелкие и крупные наследуемые генетические и эпигенетические изменения. Помимо мутаций, остающихся во всеобщем мнении чрезвычайно мощным механизмом генетической изменчивости посредством ошибок в копировании генома при делении клеток, важную роль играют симбиогенез, гибридогенез и эпигенетическое наследование. Для упрощения понимания и запоминания я позволил себе составить таблицу различных механизмов геномной креативности, наглядно иллюстрирующую различия между механизмами наследственных изменений генома. Подчеркну еще раз очевидное: для работы естественного отбора необходимы механизмы внесения в геном изменений и передачи их по наследству. Но с другой стороны, без стабилизирующего эффекта естественного отбора силы геномной креативности привели бы к хаосу. И отбор, и механизмы изменений равно важны — одно без другого не может работать.
Зададимся же вопросом: как же в свете наших новых взглядов выглядит знаменитое дарвиновское эволюционное «древо жизни»?
В июле 1837 года Чарлз Дарвин завел «маленькую записную книжку в коричневом переплете», в которой записывал соображения по поводу «трансмутации» — о том, что мы сейчас понимаем под «эволюцией». Его заметки со временем стали основанием нынешней концепции эволюции, предлагая первое состоятельное объяснение возникновения жизни, ее последующего изменения и распространения от древнейших времен до нынешнего разнообразия. В той же книжке Дарвин набросал генеалогическую историю животных и растений, изобразив ее в виде могучего дуба. Окаменелости — остатки вымерших видов — его отпавшие ветки, а ствол — предполагаемый последний универсальный общий предок, первоисточник всей нынешней жизни. Это дерево было перерисовано и воспроизведено мириады раз — в книгах и статьях, в школьных классах и университетских аудиториях. Мы называем его «древо жизни». И возможно, именно вследствие наблюдений за силами, приведшими к созданию этого древа, за взаимоотношениями его ветвей мы и пришли к пониманию геномной креативности — в самом широком смысле этого термина.
С возникновением генетического секвенирования, примененного впервые к микробным формам жизни, генетики-эволюционисты обнаружили, что бактерии и археи не просто разделенные крупные ветви. По словам Грэхэма Лотона, написавшего обзорную заметку в «Нью сайнтист», бактерии и археи запросто обменивались генетическим материалом, так что «аккуратное деление на ветви быстро дегенерировало в непроходимую чащу родственных связей, причем многие виды оказывались в одних отношениях близкородственными, а в других — далекими»[168]. Гибридизация — важная эволюционная сила у растений, и сейчас все более растет убеждение в важности ее как эволюционной силы для животных, так что и здесь вместо ясного ветвления эволюционного древа наблюдается тенденция к превращению в непроходимую чащу. А если еще добавить влияние симбиогенеза, то мы обнаружим сросшиеся ветви, исходящие из очень далеко расположенных сучьев. Сейчас уже очевидно: биологи, а в особенности биологи-эволюционисты не должны игнорировать вирусы. И потому мы должны как-то отобразить симбиотические вирусы на древе жизни — возможно, как некое туманное роение, размывающее контуры корней, ствола, ветвей — и так до последнего листочка.
Возможно, нам следует изображать дарвиновское древо не кряжистым дубом, а, скорее, старейшим на Земле деревом — узловатой, древней, остистой сосной, напряженно борющейся за жизнь на голой скале. Это величественное, огромное дерево, его корни переплетены, они всевозможных форм и очертаний, их пронизывает мицелий вездесущих грибов. И, произрастая от такой сложной основы, стремятся вверх гротескно искаженные, деформированные ствол и ветви, с многажды обломанными в жестоких зимних бурях и сросшимися заново телами, с обнаженной золотистой сердцевиной, искривленной и бугристой, словно края водоворота, наводненной полчищем вирусов, проникших в ее самую суть, в непостижимую глубину, ставших неотъемлемой частью дерева. Но, несмотря на все это, древо жизни могуче и непобедимо, оно растет и развивается, и оно воистину полно жизнью.
Глоссарий
Аксон — отросток нервной клетки, по которому нервные импульсы идут от тела клетки (сомы) к иннервируемым органам и другим нервным клеткам.
Апоптоз — программируемая клеточная смерть, регулируемый процесс самоликвидации на клеточном уровне. Убирает ненужные клетки, но может происходить и вследствие болезни, приводя к гибели нормальных клеток.
Аутосома — любая хромосома, кроме половой.
Бактериофаг — вирус, паразитирующий на бактериях.
Видообразование — процесс возникновения новых биологических видов.
Гаструляция — сложный процесс морфогенетических изменений, сопровождающийся размножением, ростом, направленным перемещением и дифференцированием клеток, в результате чего образуются зародышевые листки (эктодерма, мезодерма и энтодерма) — источники зачатков тканей и органов. Второй после дробления этап онтогенеза. При гаструляции происходит перемещение клеточных масс с образованием из бластулы двухслойного или трехслойного зародыша — гаструлы.
Геном — все гены гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных генетических элементов, содержащиеся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма. У вирусов геном могут составлять и РНК.
Геномная креативность — совокупность всех сил и механизмов, дающих начало наследственным изменениям формы жизни и создающих изменчивость — основу работы механизма естественного отбора.
Гибридизация — процесс образования или получения гибридов, в основе которого лежит объединение генетического материала разных клеток в одной клетке. Может осуществляться в пределах одного вида (внутривидовая гибридизация) и между разными систематическими группами (отдаленная гибридизация, при которой происходит объединение разных геномов).
Голобионт — партнерство в симбиотическом союзе.
Демиелинизация — разрушение миелинового слоя нервных волокон. Встречается при неврологических заболеваниях (например, при рассеянном склерозе).
Зигота — диплоидная (содержащая полный двойной набор хромосом) клетка, образующаяся в результате оплодотворения (слияния яйцеклетки и сперматозоида).
Интрон — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка.
Кладистика — направление филогенетической систематики. Характерные особенности кладистической практики состоят в использовании так называемого кладистического анализа (строгой схемы аргументации при реконструкции родственных отношений между таксонами), строгом понимании монофилии (происхождения таксона от одного общего предка) и требовании взаимно однозначного соответствия между реконструированной филогенией и иерархической классификацией.
